[实用新型]城市地下工程水平冻结模拟装置

说明书

本实用新型涉及城市地下工程水平冻结模拟装置，包括冻胀室，冻胀室下底板为可拆卸的透水板，冻胀室的下方设有水池，水池内设有一号温度传感器和水温调节装置，水池的右侧连通有水泵；冻胀室的上端面固定安装有竖直放置的液压缸，液压缸的推杆穿过冻胀室的顶板伸入冻胀室内，并固定连接有一块压板。本实用新型采用水池透过透水板对冻胀室内进行压水渗透的方式，模拟地下水渗入标的隧道的模型中的过程，使得实验数据更加具有可靠性；采用填充在陶瓷隔片内的气囊模拟未开挖的土地空间，然后通过卸载气囊、拆除陶瓷隔片逐步解除对上部土壤的支撑，模拟开挖过程，从而更加逼真的获取开挖过程中，冻土体的内部压力、温度和水分变化的实验数据。

技术领域

本实用新型涉及土壤冻胀实验设备技术领域，具体的说是城市地下工程水平冻结模拟装置。

背景技术

大型冻结模型试验机主要完成大型冻土试样的制作，测量多根冻胀管空心圆柱体模型冻胀过程的物理现象，在整个试验过程中具有的功能如下：

1.可测量竖向冻涨力，在竖向约束条件下可测量模型内部应力和空心圆柱体模型的径向位移。

2.根据工程要求，可对称分布量测模型高度中间径向温度分布，和上、下模型界面温度。

3.在模型受纵向约束条件下，可完成竖直方向圆柱体模型在恒压条件下的径向变形的测量与控制，同时可完成在恒定径向变形条件下内部应力的测量与控制。

4.根据工程需要，可完成多根冻结管的低温恒温的循环及测量与控制。

现有技术中，测量冻胀实验数据通常采用压力传感器、位移传感器、精密电机伺服系统等装置，配合全数字控制器，将处理后信息传输到PC机完成各工程量的显示，并实时显示压力、变形和温度及其关系曲线。通过扩展模块的测量与控制，可计算冻胀系数等。然而在模拟城市地下水平冻结过程中，尚没有系统成型的装置，且多测量项目同时进行难以保证每个测量项目的准确性。

发明内容

针对上述技术的缺陷，本实用新型提出城市地下工程水平冻结模拟装置。

城市地下工程水平冻结模拟装置，包括冻结系统、加载系统、测试系统和水分补充系统，所述加载系统安装在冻结系统的上部，用于为冻结系统加压，所述测试系统分布在冻结系统内，用于测试冻结系统内部环境，所述水分补充系统与冻结系统相连，用于向冻结系统内补充水分。

所述冻结系统包括冻胀室，所述冻胀室下底板为可拆卸的透水板，冻胀室的中部纵向固定有四个卡架，所述卡架分别位于四边形的四个拐角处，卡架之间分别卡嵌有一块弧形的陶瓷隔片，所述陶瓷隔片围成圆环形，陶瓷隔片内部穿插有四片隔层，所述隔层将陶瓷隔片围成的圆分隔成五个子空间，每个子空间中均放置有一个气囊，所述气囊将对应的子空间完全填充。

所述冻胀室内纵向固定有若干冻胀管，所述冻胀管在陶瓷隔片的外围均匀分布，所述冻胀管均为双层管，冻胀管的内层管为入水管，冻胀管的外层管为回流管，内层管与外层管之间设有用于固定内层管与外层管相对位置的夹条；所述冻胀管后端均穿过冻胀室连接有制冷系统。

所述水分补充系统包括位于冻胀室的下方设有水池，所述水池内设有一号温度传感器和水温调节装置，水池的右侧连通有水泵，所述水池与冻胀室之间为密封连接。

所述加载系统包括纵压液压缸和横压液压缸，纵压所述液压缸固定安装在冻胀室上部，液压缸的推杆竖直向下穿过冻胀室的顶板连接有一块垂直加载板，所述垂直加载板位于冻胀室上方，用于向下向冻胀室内施力，所述横压液压缸安装在冻胀室右侧，横压液压缸的推杆穿过冻胀室的右侧壁连接有位于冻胀室内部右侧的横向加载板。

所述测试系统包括：位于冻胀室内从左上角至右下角均匀分布有若干湿度传感器、二号温度传感器和压力传感器；位于冻胀室内从左下角至右上角均匀分布有若干钻孔摄像仪。

所述气囊为具有换气口的橡胶制气囊。